Co to jest homeostaza?

Homeostaza to proces fizjologicznej stabilności żywego organizmu

Homeostaza

Zdjęcie: John Jackson w Unsplash

Słowo homeostaza pochodzi od greckich radykałów homeo (to samo) i stasis (pozostać) i zostało wymyślone przez amerykańskiego lekarza i fizjologa Waltera Cannona. Termin ten służy do wskazania właściwości organizmu do zachowania równowagi, niezależnie od zmian zachodzących w środowisku zewnętrznym.

Homeostaza jest gwarantowana przez zespół procesów, które zapobiegają wahaniom fizjologii organizmu. Jeśli warunki środowiska zewnętrznego ulegają ciągłym wahaniom, mechanizmy homeostatyczne gwarantują, że skutki tych zmian dla organizmów są minimalne.

Mechanizmy homeostatyczne

Mechanizmy kontrolujące temperaturę ciała, pH, objętość płynów ustrojowych, ciśnienie krwi, tętno i stężenie pierwiastków we krwi to główne narzędzia służące do utrzymania równowagi fizjologicznej. Ogólnie mechanizmy te działają na zasadzie negatywnego sprzężenia zwrotnego .

Sprzężenie zwrotne ujemne lub ujemne sprzężenie zwrotne jest jednym z najważniejszych mechanizmów utrzymania homeostazy. Mechanizm ten gwarantuje odwrotną zmianę w stosunku do zmiany początkowej, czyli działa na rzecz redukcji określonego bodźca, zapewniając organizmowi właściwą równowagę. Przykładem negatywnego sprzężenia zwrotnego jest regulacja ilości glukozy we krwi .

Kiedy jemy, wzrasta poziom glukozy we krwi, stymulując produkcję insuliny. Hormon ten zapewnia komórkom przyswajanie glukozy i magazynowanie jej nadmiaru w postaci glikogenu, obniżając poziom cukru we krwi. Kiedy poziom glukozy spada, insulina przestaje być uwalniana. Z drugiej strony, gdy poziom cukru jest poniżej normy, następuje wydzielanie glukagonu. Hormon ten w przeciwieństwie do insuliny uwalnia glukozę, która jest magazynowana w postaci glikogenu, zwiększając poziom tej substancji we krwi. Wraz ze wzrostem poziomu glukozy następuje przerwanie wydzielania glukagonu.

Podział homeostazy

Homeostazę można podzielić na trzy podobszary: homeostazę ekologiczną, homeostazę biologiczną i homeostazę człowieka.

Homeostaza ekologiczna

Homeostaza ekologiczna odnosi się do równowagi na poziomie planetarnym. Zgodnie z hipotezą Gaia, opracowaną przez naukowca Jamesa Lovelocka, planeta Ziemia jest ogromnym organizmem żywym, zdolnym do pozyskiwania energii do swojego funkcjonowania, regulowania jej klimatu i temperatury, eliminowania jej szczątków i zwalczania własnych chorób, czyli także inne żyjące istoty, planeta jest organizmem zdolnym do samoregulacji.

Ta hipoteza sugeruje również, że żywe istoty są w stanie modyfikować środowisko, w którym żyją, czyniąc je bardziej odpowiednim do przetrwania. W ten sposób Ziemia byłaby planetą, której życie kontrolowałoby samo utrzymanie życia poprzez mechanizmy sprzężenia zwrotnego i różnorodne interakcje. Z tego punktu widzenia cała planeta zachowuje homeostazę.

Przykładem jest stężenie dwutlenku węgla (CO2) w atmosferze. Bez obecności organizmów fotosyntetyzujących poziom dwutlenku węgla w atmosferze byłby bardzo wysoki, co przesłaniałoby istnienie tlenu i gazów azotowych. Wraz z pojawieniem się istot dokonujących fotosyntezy, stężenie dwutlenku węgla znacznie spadło, zwiększając poziom tlenu i gazów azotowych, co pozwoliło stworzyć odpowiednie warunki do pojawienia się i przeżycia innych organizmów.

Homeostaza biologiczna

Homeostaza biologiczna polega na utrzymywaniu środowiska wewnętrznego w dopuszczalnych granicach. Środowisko wewnętrzne żywego organizmu składa się zasadniczo z płynów ustrojowych, które obejmują osocze krwi, limfę i inne płyny międzykomórkowe i wewnątrzkomórkowe. Utrzymanie stabilnych warunków w tych płynach jest niezbędne dla istot żywych. Jeśli są zmienne, mogą być szkodliwe dla materiału genetycznego.

W obliczu pewnej zmienności środowiska zewnętrznego organizm może być regulatorem lub konformistą. Organy regulacyjne to takie, które zużywają energię, aby utrzymać swoje wewnętrzne środowisko o tych samych cechach. Z kolei ciała konformistyczne wolą nie wydawać energii na kontrolowanie swojego wewnętrznego środowiska. Na przykład zwierzęta endotermiczne są w stanie utrzymać stałą temperaturę ciała dzięki mechanizmom wewnętrznym. Z drugiej strony zwierzęta ektopowe potrzebują zewnętrznych źródeł ciepła, aby podnieść i utrzymać stałą temperaturę ciała. Dlatego ssaki mogą przebywać przez długi czas bez wystawiania się na działanie słońca, podczas gdy gady i płazy potrzebują ciepła otoczenia, aby się ogrzać.

Homeostaza człowieka

Homeostazę człowieka zapewniają określone procesy fizjologiczne, które w organizmach zachodzą w sposób skoordynowany. Mechanizmy kontrolujące temperaturę ciała, pH, objętość płynów ustrojowych, ciśnienie krwi, tętno i stężenie pierwiastków we krwi są głównymi narzędziami kontroli fizjologicznej, o czym wspomniano wcześniej. Jeśli te czynniki są niezrównoważone, mogą wpływać na zachodzenie reakcji chemicznych niezbędnych do utrzymania organizmu.

Termoregulacja jest przykładem fizjologicznego mechanizmu, za pomocą którego organizm utrzymuje stałą temperaturę. Kiedy uprawiamy aktywność fizyczną, temperatura naszego ciała ma tendencję do wzrostu. Jednak ta zmiana jest wychwytywana przez układ nerwowy, który wyzwala wydzielanie potu odpowiedzialnego za schładzanie naszego ciała, gdy paruje.

Wniosek

Utrzymanie równowagi w środowisku wewnętrznym jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania systemów, z których składa się organizm każdej żywej istoty. Na przykład enzymy to substancje, które działają jak biologiczne katalizatory, przyspieszając szybkość różnych reakcji. Aby pełnić swoją funkcję, potrzebują odpowiedniego środowiska o normalnej temperaturze i pH. Dlatego zrównoważone ciało to zdrowe ciało.